Centrum superkomputerowe CLUMEQ w Quebec, w Kanadzie, współpracuje z firmą Sun Microsystems w ramach projektu dostosowania bardzo specyficznego obiektu, jakim jest cylindryczny silos, na potrzeby nowego ośrodka obliczeniowego. Już wkrótce będzie tam działał nowoczesny klaster.

Siła partnerstwa
CLUMEQ to w rzeczywistości konsorcjum 11 kanadyjskich uniwersytetów – coś, co może wydawać nam się nieco dziwne, wszak w Polsce tego typu instytucje nie tworzą konsorcjów. To fakt. Nie współpracują także z wielkimi koncernami w celu budowania ośrodków o porównywalnym charakterze i poziomie innowacyjności. Zapomnijmy jednak o specyfice własnego podwórka i przyglądnijmy się osiągnięciom Kanadyjczyków.

Dzięki partnerstwu z Sun Microsystems, CLUMEQ może cieszyć się nowym centrum danych, które już wkrótce rozpocznie pracę. Ciekawostką jest to, że pierwotnie w budynku, który został zaadaptowany na potrzeby data center, znajdował się akcelerator cząsteczkowy Van de Graafa (więcej szczegółów w materiale filmowym na końcu artykułu) uruchomiony w połowie lat 60-tych XX wieku. Decyzja o adaptacji budynku na potrzeby nowoczesnego data center zapadła wkrótce po tym, jak postanowiono wycofać z użycia akcelerator cząsteczkowy (zwróćmy uwagę – działał on jeszcze w XXI wieku). CLUMEQ zdecydowało, że w silosie po akceleratorze cząsteczkowym zostanie umieszczony wysokowydajny klaster obliczeniowy (ang. high-performance computing cluster, HPC cluster), który został nazwany: Colossus.


Tak prezentuje się silos, w którym niedługo uruchomiony zostanie wydajny klaster obliczeniowy Colossus

A tak lokalizacja ta prezentowała się w połowie lat 60-tych XX wieku, kiedy uruchamiano akcelerator cząsteczkowy

Kolosalne przedsięwzięcie wymaga odpowiedniej nazwy
Twórcy data center CLUMEQ zwracają uwagę konotacje nazwy Colossus z Kolosem z Rhodos (jednym z siedmiu cudów starożytnego świata) i fikcyjnym komputerem o nazwie Colossus z filmu S-F pt. The Forbin Project (scenariusz na podstawie powieści pt. Colossus). Takie jest oficjalne wyjaśnienie. Wydaje się jednak, że nazwa ma prawo kojarzyć się w jeszcze inny sposób.


Być może w ten sposób wyglądał legendarny Kolos z Rhodos – jeden z siedmiu cudów starożytnego świata. Tak przynajmniej wyobraził go sobie artysta

Mianowicie, można odebrać ją jako ukłon w stronę historycznych maszyn – Colossus Mark I i Colossus Mark II, które były pierwszymi programowalnymi komputerami, wykorzystywanymi przez brytyjskich krytpologów, kryptoanalityków, czy ogólnie „łamaczy szyfrów” (powiedzmy – ówczesnych „crackerów”) do złamania kodu maszyny Lorenza podczas II wojny światowej. Tutaj ważna uwaga – maszyny Lorenza nie należy mylić z Enigmą, rozkodowaną przez polskich kryptologów: Mariana Rejewskiego, Henryka Zygalskiego i Jerzego Różyckiego dla potrzeb kontrwywiadu brytyjskiego. Enigma była przenośną maszyną używaną przez niemieckie jednostki polowe, podczas gdy maszyna Lorenza działała na innej zasadzie, była bardziej skomplikowana, większa i wymagała wykorzystania dedykowanych łączy telekomunikacyjnych do wymiany informacji za pośrednictwem dalekopisu (określmy ją mianem „stacjonarnej”). Z tego względu maszyna Lorenza była używana do bezpiecznej komunikacji na wyższym szczeblu – wśród dowództwa, w sztabach itp. Kod maszyny Lorenza został złamany przez brytyjskich specjalistów od kryptografii i kryptoanalizy, a fakt, że maszyna Lorenza i Enigma wyglądają dla laika bardzo podobnie (obydwie maszyny korzystają z zespołu wałków) jest do dziś przyczyną wielu nieporozumień i zbędnych kłótni o wojenne zasługi.


Operatorki podczas pracy przy maszynie Colossus Mark II w czasie II wojny światowej

Maszyna Lorenza – podobnie jak Enigma używała zespołu wałków do kodowania wiadomości

Enigma – gdyby nie napis na czołowej płycie obudowy, niejeden mógłby pomylić Enigmę z maszyną Lorenza. Pomyłka dość istotna – Enigmę rozkodowali Polscy krytptoanalitycy pracujący dla kontrwywiadu brytyjskiego w czasie II wojny światowej

Alan Turing – genialny matematyk i kryptolog brytyjski znany przede wszystkim z powodu swoich badań na polu sztucznej inteligencji, a także dzięki takim koncepcjom jak Test Turinga, maszyna Turinga, czy wreszcie wcześniej wspomniane komputery Colossus Mark I i Colossus Mark II. Uważany za jednego z ojców współczesnej informatyki. Po wojnie, w 1952 roku oskarżony (w bardzo dziwnych okolicznościach) o homoseksualizm, do którego się przyznał, poddany przymusowej terapii hormonalnej, pozbawiony certyfikatu bezpieczeństwa, odsunięty od badań związanych z konstruowaniem komputerów i doprowadzony do – prawdopodobnego – załamania nerwowego… Popełnił samobójstwo w 7 czerwca 1954 roku. Do dziś wielu jego fanów uważa, że okoliczności jego śmierci są wyjątkowo dyskusyjne

Co ciekawe, analogii do komputerów Colossus Mark I i Colossus Mark II, twórcy silosowego data center zdają się nie zauważać. A szkoda, bo jeżeli przypomnieć, że maszyny Colossus były opracowywane w oparciu o koncepcje i założenia genialnego brytyjskiego matematyka i kryptologa, działającego także na polu sztucznej inteligencji, a jednocześnie jednego z twórców współczesnej informatyki – Alana Mathisona Turinga – to wszystko posiadałoby jeszcze dodatkowy smaczek.


Pierwsze przecieki na temat data center w silosie

Do niedawna niewiele było wiadomo na temat nowego ośrodka obliczeniowego CLUMEQ. Pierwsze informacje ujawnił Marc Hamilton z firmy Sun Microsystems, jednak podkreślał wyłącznie unikalny charakter projektu, ale zdradził bardzo niewiele szczegółów. Te, przynajmniej jeżeli chodzi o system chłodzenia, pojawiły się dopiero podczas zeszłorocznej konferencji Sun HPC Consortium, która odbyła się w Portland, w stanie Oregon, w USA.

Cylindryczne data center
Ciekawostką jest, że system chłodzenia silosu data center CLUMEQ wykorzystuje tzw. ciepły rdzeń (ang. hot core), który znajduje się w centrum cylindra i odpowiada klasycznemu gorącemu korytarzowi oraz zewnętrzny pierścień, pełniący rolę zimnego korytarza. W związku z tym, gorące powietrze oddawane jest do środka cylindra i stamtąd transportowane w dół budynku (co na logikę może wydawać się dziwne – raczej spodziewalibyśmy się, że ciepło będzie oddawane na szczycie budynku). Rzędy szaf serwerowych ustawione są w pierścieniach, które rozłożone są na dwóch piętrach cylindra (docelowo zajęte mają być trzy piętra) tak, aby ich front (wlot zimnego powietrza) zwrócony był do zewnętrznych pierścieni (zimnych korytarzy). Podłogi, na których umieszczone są szafy serwerowe wykonane zostały z użyciem kratowanych płyt w celu umożliwienia właściwego obiegu powietrza w całym budynku. Z kolei okablowanie zostało doprowadzone do szaf od góry za pomocą podwieszanych, podsufitowych koryt siatkowych. Do tej pory, trzecie piętro nie zostało obsadzone szafami serwerowymi i jest całkowicie puste, ale prace nad klastrem nie są jeszcze zakończone.

Innowacyjny system chłodzenia
Idea systemu chłodzenia jest taka, że urządzenia chłodnicze zamontowane są w piwnicy silosu, skąd zimne powietrze kierowane jest do zewnętrznego zimnego pierścienia (korytarzy). Następnie zimne powietrze zasysane jest do wnętrza szaf celem schłodzenia pracujących maszyn, a wyrzucane jest z tyłu szaf (zupełnie jak w klasycznym przypadku, kiedy używamy zimnych i ciepłych korytarzy) do tzw. ciepłego rdzenia w centrum silosu. Stamtąd powietrze jest znów transportowane do piwnicy, gdzie jest używane do ogrzewania wody, która następnie wykorzystywana jest w kampusowym systemie grzewczym. Obieg powietrza jest wymuszany dzięki różnicy ciśnień – wyższe ciśnienie jest utrzymywane w zimnych pierścieniach na zewnątrz silosu, a niższe wewnątrz ciepłego rdzenia. To pozwala w łatwy sposób wymusić właściwy przepływ powietrza w budynku z wydajnością 180 000 CFM (ang. Cubic Feet per Minute, CFM – stopa kwadratowa na minutę, jest to jednostka znajdująca się poza układem SI i używana w krajach anglosaskich, która odpowiada przepustowości 0,47195 litra na sekundę) i schłodzić urządzenia IT generujące do 1.5 MW obciążenia elektrycznego. Dodatkowo, do 300 kW mocy chłodniczej zapewnia system chłodzenia bazujący na technologii free cooling, gdzie do chłodzenia używane jest powietrze atmosferyczne spoza budynku.


Obieg powietrza w silosie Clumeq – gorące powietrze jest transportowane w dół, gdzie ciepło używane jest do podgrzewania wody używanej w kampusowym systemie CO. Zimne powietrze tłoczone jest do zimnych korytarzy, które tutaj mają kształt zewnętrznych pierścieni cylindra. Tam zimne powietrze jest zasysane przez szafy serwerowe z wyposażeniem IT

Niespotykany charakter projektu („projektu” w sensie angielskiego słowa „design”, a nie „project” – co oznacza „przedsięwzięcie”) podkreślają słowa Nicolasa Dube z firmy Sun Microsystems, który prace nad data center CLUMEQ rozpoczął jeszcze jako student Universytetu Laval w Quebec, w Kanadzie:

Silos CLUMEQ całkowicie podważa obecny paradygmat projektowy centrów danych. Silos, sam w sobie, to w rzeczywistości CRAC (ang. Computer Room Air Conditioner). Cały budynek chłodzi sam siebie / CLUMEQ silo totally blows up the paradigm of data center design. The silo, by itself, is the CRAC (computer room air conditioner). The whole facility cools itself.

Trochę szczegółów technicznych Kolosa
Jeśli chodzi o moc obliczeniową, Colossus będzie oferował maksimum 86 teraflopów. Na wyposażeniu ośrodka znajdują się systemy Sun Constellation HPC, składające się z 10 całkowicie obsadzonych modułami X6275 (double Nehalem EP blade, 2.8 GHz, 24 GB RAM) szaf dla serwerów blade Sun Blade 6048. Ponadto, do dyspozycji jest 1 petabajt przestrzeni dyskowej dostępny w systemach przechowywania danych, korzystających z Open Source’owego systemu plików Lustre (wspieranego przez Sun Microsystems) i opartych na macierzach Sun J4400. Warto także podkreślić, że całkowity czas startu klastra wynosi 4 minuty 58 sekund.

Szafy serwerowe, których łącznie będzie 75, docelowo rozmieszczone zostaną na trzech piętrach. Na drugim piętrze znajdują się przełączniki, dzięki czemu przejścia kablowe między szafami mogą być możliwie najkrótsze i wynosić maksymalnie 10 metrów.

Na zakończenie zapraszamy do zapoznania się (materiał w języku angielskim) z filmem opublikowanym przez firmę Sun Microsystems, który dokładnie przedstawia historię ośrodka CLUMEQ (czasy akceleratora cząsteczkowego) oraz jego obecną postać. Materiał trwa około 6 minut.


Film, w którym dokładnie przedstawiona jest geneza i koncepcja data center dla klastra Colossus

Źródła informacji:
http://www.datacenterknowledge.com/


Więcej informacji:

http://www.sun.com/featured-articles/2009-1128/feature/index.jsp